Monitoring op afstand minder belastend voor baby’s met apneu
Hoe infraroodcamera's, slimme algoritmes en een intelligente fopspeen te vroeg geboren baby’s kunnen helpen.
Proefopstelling in Máxima MC
Apneu, een plotselinge onderbreking van de ademhaling, raakt zowel volwassenen als kinderen. Vooral te vroeg geboren baby's, van wie het ademhalingsstelsel nog niet volledig is ontwikkeld, hebben er last van. In samenwerking met Máxima MC en Philips heeft onderzoeker Ilde Lorato van de TU Eindhoven een nieuwe methode ontwikkeld om apneu bij kinderen te monitoren zonder onnodig schade aan te richten. De nieuwe aanpak maakt gebruik van infraroodcamera's, beeldverwerkingssoftware en zelfs een slimme fopspeen. Lorato verdedigt haar promotieonderzoek op vrijdag 19 november.
Apneu, een stoornis waarbij de ademhaling 10 seconden of langer wordt onderbroken, is een veel voorkomend probleem bij volwassenen als ze slapen. Maar apneu komt ook veel voor bij kinderen. Bijna alle te vroeg geboren baby's jonger dan dertig weken of met een gewicht van minder dan één kilogram hebben er last van.
"Apneu bij premature baby's kan ernstige problemen veroorzaken, vooral als het langer dan 20 seconden duurt", zegt Ilde Lorato, onderzoeker in de vakgroep Electronic Systems van de faculteit Electrical Engineering.
Peter Andriessen, neonatoloog in Máxima MC (MMC), vult aan: "Apneu bij te vroeg geboren baby’s wordt onder meer in verband gebracht met hersenverlamming of gebrekkige neurologische ontwikkeling op latere leeftijd. Het is daarom van groot belang dat we deze zuigelingen op een betrouwbare manier kunnen monitoren, zodat we meteen kunnen ingrijpen als dat nodig is."
Apneu bij premature baby's kan worden behandeld door tactiele stimulatie (masseren, aaien, drukken, strijken, etc.), of door ze baby’s extra zuurstof of cafeïne te geven.
Experimenten in het ziekenhuis
Premature baby's worden verpleegd in zogenaamde neonatale intensive care units (NICU's), waar de ademhaling wordt gemonitord met dezelfde elektroden die ook de activiteit van het hart meten. "Deze oplossing is echter niet ideaal," zegt Lorato, "omdat elektroden apneu niet echt goed detecteren. "
"Bovendien is de huid van premature baby's erg gevoelig. Hij kan gemakkelijk geïrriteerd of zelfs beschadigd raken door het gebruik van plakelektroden. We hebben daarom gezocht naar alternatieven die minder ongemak veroorzaken voor deze kwetsbare zuigelingen, zoals camera's."
Het gebruik van camera's in een klinische context is echter niet zonder problemen, vooral als je de patiëntjes ook 's nachts wil monitoren, wanneer er onvoldoende licht is. Bovendien hebben baby's de neiging veel te bewegen, wat leidt tot ongewenste ruis in de gegevens. En dan is er natuurlijk nog de kwestie van privacy en kosten.
"Het was daarom heel belangrijk om onze oplossing te testen in een ziekenhuis. Alleen dan kun je zien of het echt werkt in een complexe omgeving," zegt Lorato. En dat is precies wat de Italiaanse onderzoeker heeft gedaan.
Warmtebeeld
Dankzij de goede samenwerking tussen de TU/e, Philips en Máxima MC binnen e/MTIC kon zij praktijkexperimenten uitvoeren in de Neonatale Medium Care Unit van MMC. Daar gebruikte ze drie lage-resolutie infraroodcamera’s om vijftien baby's te volgen die elk drie uur lang in een open bed werden verzorgd.
Deze afbeelding toont hoe je met slimme algoritmen de beweging en stroming van adem (gecombineerd of afzonderlijk) zichtbaar kunt maken in een infraroodopname (links). De signalen worden vervolgens vertaald naar een ademhalingsfrequentie (RR). Dit maakt het mogelijk om potentiële apneu te detecteren. De twee frequenties die uit de video worden afgeleid, komen goed overeen met de referentiefrequentie (rechts). (klik op afbeelding voor YouTube-filmpje)
"We hebben gekozen voor warmtebeeldcamera's omdat die ook werken in volledige duisternis. Ook laten infraroodcamera’s zowel de ademhalingsbeweging als de doorstroming zien. Door hun lage resolutie zijn ze bovendien goedkoper en is de privacy beter gewaarborgd," zegt Lorato. "De infraroodbeelden hebben we vervolgens gebruikt om een aantal nieuwe beeldverwerkingsalgoritmen te ontwikkelen die potentieel apneu kunnen detecteren."
"Onze algoritmen zijn in staat om automatisch pixels te identificeren die gegevens over de ademhaling bevatten. Ze werken zelfs zonder dat je eerst de relevante delen van het lichaam of het gezicht hebt bepaald, wat bij kleine baby's in een ziekenhuisomgeving en bij beelden met een lage resolutie een hele uitdaging is. Met wat aanpassingen zijn ze ook te gebruiken als de baby's bewegen."
Slimme fopspeen
Tijdens haar onderzoek in het ziekenhuis deed Lorato een interessante ontdekking. Ze zag dat de fopspeen waar zuigelingen op zuigen, bewegingen veroorzaakt die lijken op ademhalen. Dit verstoorde natuurlijk haar testresultaten. Daarom kwam ze op het idee om een slimme fopspeen te gebruiken, die de zuigbewegingen registreert. Die kunnen zo gemakkelijk van de ademhaling worden onderscheiden.
Ilde Lorato
Lorato en MMC zijn tevreden met de resultaten, omdat ze laten zien dat je met een aantal goedkope infraroodcamera's de ademhaling van premature baby’s kan monitoren. Hopelijk leidt dat ertoe dat bij sommige baby’s de vervelende elektroden kunnen worden verwijderd. Lorato’s onderzoek heeft al geleid tot twee octrooiaanvragen (een voor de fopspeen, en een voor het algoritme). Toch is er nog een lange weg te gaan voordat dit soort camera's een alledaags beeld worden in neonatale intensive care afdelingen.
Lorato: "De infraroodcamera’s kunnen niet door de couveusewand heen kijken, dus als je baby’s wil monitoren in een couveuse, moet je de camera’s in de couveuse plaatsen. Verder bevatten onze video's geen beelden van echte apneus. We hebben deze moeten simuleren door het beschikbare videomateriaal te bewerken. Er is dus nog wat werk aan de winkel."
Het vervolgonderzoek zal plaatsvinden binnen het UMOSA-project van Sander Stuijk, de hoofddocent die Lorato's promotieproject begeleidde. In dit project wordt ook gekeken naar andere toepassingen van warmtebeeldmonitoring, bijvoorbeeld voor slaapapneu bij volwassenen. In Máxima MC zal een nieuwe promovendus in het PICASSO-project een vervolg geven aan de ontwikkeling van minder hinderlijke monitoringtechnieken voor te vroeg geboren baby’s.
Meer informatie
Ilde Lorato verdedigt haar proefschrift Video Respiration Monitoring: Towards Remote Apnea Detection in the Clinici op 19 november aan de TU/e. Zij werd begeleid door Gerard de Haan, Sander Stuijk en Carola van Pul.
Dit onderzoek is uitgevoerd binnen het Eindhoven MedTech Innovation Center (e/MTIC) en het Center for Care & Cure Technology Eindhoven (C3Te). Beide centra streven naar innovatie van de gezondheidszorg in nauwe samenwerking tussen TU/e, ziekenhuizen en het bedrijfsleven.
|
|
|
|
